[發明專利]一種車橋耦合動力實驗模型裝置

有效

• 申請號: 200910084984.5
• 申請日: 2009-06-05
• 公開（公告）號: CN101561979A
• 公開（公告）日: 2009-10-21
• 發明（設計）人: 夏禾;戰家旺;張楠
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G09B25/04
• 分類號: G09B25/04
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所
• 代理人: 吳克宇;毛燕生

技術領域

本發明涉及一種模擬車輛與橋梁動力耦合作用的動力實驗模型裝置，屬于鐵路橋梁工程技術領域。

背景技術

當列車通過鐵路橋梁時，不可避免地會引起橋梁的振動，此時的橋梁結構不僅要承受靜力作用，還要承受包括移動荷載，即列車以一定速度通過時對橋梁的加載和卸載以及由于橋梁和車輛振動產生的慣性力等各種動力作用。這些動力作用引起的橋梁振動可能使結構構件產生疲勞，降低其強度和穩定性；橋梁振動過大時還會對橋上車輛的運行安全性和穩定性產生影響。

各國學者研究車輛與橋梁動力相互作用時采用了兩類側重點不同的研究方法：一類以實驗為主要手段，另一類則側重于理論分析。車橋系統的振動實驗往往采用原型實驗或現場實測的方法，這樣得到的結果能客觀而綜合地反映橋梁在列車動載作用下的實際工作狀況。但如果僅停留在實驗階段，而不去進一步揭露其內在規律，結果往往是為了確定新的動態參數而不得不隨著橋梁結構類型、跨度及車輛性能等的不斷變化而進行大量的重復實驗，這樣不僅耗資巨大，而且周期較長。因此，單純的實驗方法往往受到很多限制。另一方面，單純利用理論分析來解決這一問題也是很困難的。這是因為，車輛荷載作用下的橋梁振動是一個十分復雜的課題，要想通過理論分析得到符合實際的結果，必須考慮很多因素，包括車體和轉向架的質量，阻尼器和彈簧的作用，行車速度，梁跨和墩臺的質量、剛度和阻尼等影響，這使得體系的力學模型十分復雜。所以，盡管對梁的動力分析早已有了成熟的算法，但由于受到計算手段的限制，不得不采用各種各樣的近似方法，建立十分簡單的橋梁和車輛系統分析模型。這些簡化模型面臨的首要問題就是需要對其建模的合理性進行驗證，而這只能通過實驗才能解決。

然而，在橋梁振動領域的研究中未見用車橋模型來模擬車輛與橋梁動力相互作用過程的報道。本發明的目的是建立一種由模型車輛和模型橋梁組成的車橋耦合動力實驗模型裝置，讓列車以不同的速度通過橋梁，從而模擬車輛與橋梁之間的動力相互作用過程。

發明內容

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

本發明車橋耦合動力實驗模型裝置，它是由模型車輛和模型橋梁兩部分組成，模型車輛6是按照實際運營車輛的構造和外形縮尺加工而成的，模型橋梁包括梁1、橋墩2、加速段、減速段、軌道以及防回彈裝置12等。其中：加速段是由加速斜坡7、加速曲線8和直線段9組成，即從電動機3起到梁1前端止的軌道線，起始位置為一斜坡，終點為一直線段，斜坡與平直段之間為圓弧過渡，加速段支撐在支架14上；減速段采用兩級減速裝置，第一級減速裝置10是位于車輛6車底靠近尾部的鉤子拉住梁上的彈性帶，第二級減速裝置11是位于減速段末端的固定彈簧；防回彈裝置12是一個安裝在減速段末端擋板13上的固定鉗子狀裝置。

在模型橋梁加速段加速斜坡7的最高點處設有電動機3，在模型車輛6的尾端設有一電磁吸附裝置5，通過鋼絞線4將電動機3與電磁吸附裝置5連接。

在模型橋梁的加速段、梁和減速段上鋪設有車輛滑行的軌道；在軌道的兩側設有護欄，以防止車輛6滑出。

車輛6為一縮尺客車模型，是按照真實客車的比例和外形設計加工而成的。車輛為兩系懸掛系統，為了調節車輛的重量，可在車廂內均勻對稱地配加重物。

實驗時，接通電源，啟動電動機3，通過鋼絞線4牽引吸附在車輛6上電磁吸附裝置5，從而拉動車輛6到達加速段的不同位置和高度，然后切斷電源釋放，車輛6利用自身重力從加速段坡道向下滑落的加速方式以不同的速度通過梁1。

減速段的主要作用是讓車輛6通過橋梁后迅速停止并防止其反彈回到橋梁上面，為此設置了兩級減速裝置。首先用位于車底靠近車輛尾部的鉤子拉住梁上的減速彈性帶10，消耗一定能量；如果能量未被消耗完畢，則用位于減速段末端的固定彈簧減速裝置11來吸收車輛6的剩余動能。車輛6停止后，用固定在擋板13上的鉗子狀防回彈裝置12拉住車輛6頭部的拉桿，避免車輛6被彈回。

本發明的有益效果是：通過模型實驗可以讓學習者了解車輛和橋梁的結構和車輛通過橋梁的動態過程，讓人們理解車輛與橋梁之間的動力相互作用機理，增強對所學理論知識的感性認識。

附圖說明

圖1為本發明車橋耦合動力實驗模型裝置的示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例對本發明作進一步描述。

如圖1所示，車橋耦合動力實驗模型裝置是由模型車輛和模型橋梁兩部分組成，模型車輛6是按照實際運營25K客車的構造和外形，按照1∶10的比例縮尺設計加工的兩系懸掛裝置。模型橋梁包括梁1、橋墩2、加速段、減速段和軌道以及防回彈裝置12等。其中：